El coeficiente de transferencia de calor coeficiente de transferencia de calor El coeficiente de película, coeficiente de convección o coeficiente de transmisión superficial, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección.
Coeficiente de película – Wikipedia, la enciclopedia libre
general es una forma simplificada de calcular la transferencia de calor sin necesidad de calcularla en cuerpos complicados como puertas, muros o ventanas. Se utiliza principalmente en cálculos de ventilación internos.
La ley de enfriamiento de Newton establece que la tasa de transferencia de calor que abandona una superficie a una temperatura T s para pasar a un fluido del entorno a temperatura T f se establece por la ecuación: Q convection = h A (T s – T f ) donde el coeficiente de transferencia de calor h tiene las unidades de W/m 2,
- O Btu/s.in 2,F.
- El coeficiente h no es una propiedad termodinámica.
- Es una correlación simplificada entre el estado del fluido y las condiciones de flujo, por lo cual generalmente se la conoce como una propiedad de flujo.
- La convección está ligada al concepto de una capa de contorno que es una delgada capa de transición entre una superficie, que se supone adyacente a las moléculas estacionarias, y el flujo de fluido en el entorno.
Esto se puede observar en la siguiente figura que muestra un flujo sobre una placa plana. Donde u(x,y) es la velocidad de dirección x. A la región que va hasta la arista externa de la capa de fluido, definida como el 99% de la velocidad de la corriente libre, se denomina espesor de la capa de contorno del fluido d (x). Se podría hacer un croquis similar de la transición de temperatura desde la temperatura de la superficie a la temperatura de los alrededores.
En la siguiente figura se muestra un esquema de la variación de la temperatura. Observe que el espesor de la capa del contorno térmico no necesariamente es el mismo que el del fluido. Las propiedades del fluido que componen el Número de Prandtl rigen la magnitud relativa de los dos tipos de capas del contorno.
Un Número de Prandtl (Pr) de 1 implicaría el mismo comportamiento para ambas capas del contorno. Al mecanismo real de transferencia de calor a través de la capa del contorno se lo toma como conducción, en la dirección y, a través del fluido estacionario cercano a la pared que es igual a la tasa de convección que va desde la capa límite al fluido.
Esto puede expresarse de la siguiente manera: h A (T s – T f ) = – k A (dT/dy) s Es decir que el coeficiente de convección para una determinada situación puede evaluarse midiendo la tasa de transferencia de calor y la diferencia de temperatura, o midiendo el gradiente de temperatura adyacente a la superficie y la diferencia de temperatura.
La medición de un gradiente de temperatura a través de una capa de contorno requiere gran precisión y, por lo general, se logra en un laboratorio de investigación. Muchos manuales contienen valores tabulados de los coeficientes de transferencia de calor por convección para diferentes configuraciones.
| Medio | Coeficiente de transferencia de calor h ( W/m 2, K) |
| Aire (convección natural) | 5-25 |
| Aire/vapor supercalentado (convección forzada) | 20-300 |
| Petróleo (convección forzada) | 60-1800 |
| Agua (convección forzada) | 300-6000 |
| Agua (en ebullición) | 3000-60.000 |
| Vapor (en condensación) | 6000-120.000 |
¿Qué es el coeficiente de transferencia de calor?
El coeficiente de película, coeficiente de convección o coeficiente de transmisión superficial, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección.
¿Cómo se calcula el coeficiente global de transferencia de calor?
Cálculo de transmisión en elementos constructivos y temperatura de sus superficies En una edificación en el exterior estamos bajo la influencia de la naturaleza por la acción de los vientos variables, pero la temperatura en el interior del edificio sí se puede llegar a controlar eficientemente.M.
| Ct | = Calor transmitido, flujo térmico en watts |
| U | = Coeficiente de transmisión del material en w / m 2 ºC |
| A | = Área de la superficie de transmisión (conductancia) del material en m 2 |
| ∆t | = Diferencial de temperatura que hay entre la temperatura exterior (Temp. ext.) y la temperatura interior (Temp. int.) en grados Celsius |
Aquí se explicará cómo se comportan térmicamente los materiales de un muro, azotea, etc. Se observa que aíslan de diferente forma, o sea que retardan el paso del calor o del frío. Además vemos la acción del viento en el exterior y el interior, el cual al chocar con las superficies se dispersan en todas las direcciones en forma laminar y generan fricción.
- Esta forma de transmisión de calor ocurre por “transmisión y convección” de todo lo que se encuentre alrededor del espacio a acondicionar.
- COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR “U” El coeficiente total de transferencia de calor “U” se define como la intensidad total de transferencia de calor a través de un material.
El factor “U” como se le denomina comúnmente, es el coeficiente de transferencia de calor resultante después de tener en cuenta la conductividad térmica y la conductancia de la capa superficial, sus unidades son: (SI) watts/ hr x m 2 de área x diferencia de temperatura en ºC o (Sist.
métrico) Kcal. / hr. x m 2 de área x diferencia de temperatura en ºC o (Sist. inglés) BTU/ hr x pie 2 de área x diferencia de temperatura en ºF. Normalmente se aplica a estructuras compuestas, tales como paredes, techos y tejados. Para calcular el factor “U”, se encuentra primero la resistencia total y después su recíproco.
Para conocer “U” debemos de saber con que materiales se va a construir, su espesor, la conductancia de los mismos, la velocidad del viento exterior y el movimiento del aire interior. Para esto existe una tabla de los materiales (Ver Tabla 1) de los cuales se conocerán sus coeficientes de transmisión “U”, conductividad “K” y convección “f”; por lo tanto para calcular “U” usaremos la siguiente expresión.
| Donde: | ||
| R | = Resistencia del elemento. | |
| fi | = Coeficiente de convección al interior en watts/m 2 ºC (película de aire interior) | |
| fe | = Coeficiente de convección al exterior en watts/m 2 ºC (película de aire exterior) | |
| a | = Coeficiente de transmisión de calor del aire por convección, como uso de, cámara de aire en espacios verticales y horizontales. | |
| K 1K 3 | = Coeficientes de conductividades térmicas de los materiales en watts m / ºC m 2 y un m de espesor. | |
| E1 E3 | = Espesores de los materiales en metros. | |
El calor total transferido por conducción varía directamente con el tiempo, área y diferencia de temperatura, e inversamente con el espesor del material. La ganancia de calor a través de paredes, pisos y techos variará según las siguientes características:
| A) | Tipo de construcción. |
| B) | Área expuesta a diferente temperatura. |
| C) | Tipo y espesor del aislante. |
| D) | Diferencia de temperatura entre el espacio acondicionado y la temperatura ambiente. |
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Sus unidades son: Sistema internacional (SI) Diferencia de temperatura en ºC x m2 de área / watts / hr o Sistema Métrico diferencia de temperatura en ºC x m2 de área / Kcal/ hr. o Sistema Inglés diferencia de temperatura x pie2 de área / BTU/ hr.
- “R” es muy útil puesto que los valores de resistencia pueden sumarse en forma numérica.
- R total = R1 + R2 + R3
- Donde:
- R1, R2, R3 son resistencias individuales.
CONDUCTANCIA “C” La conductancia térmica “C” se define cómo la intensidad de transferencia de calor que se tiene a través de un material y sus unidades son: (SI) Watt / hr. x m 2 de área x diferencia de temperatura en ºC o ( SM ) Kcal / hr x m 2 de área x diferencia de temperatura en O C o (S Inglés ) BTU/ hr x pie 2 de área por diferencia de temperatura en ºF.
- CONDUCTIVIDAD TÉRMICA “K” La conductividad térmica se define como la intensidad de transferencia de calor a través de un material, sus unidades son:
- watt / hr x m 2 de área x diferencia de temperatura en ºC x 1 m de espesor.
- Para reducir la transferencia de calor a través de un material, el factor de conductividad térmica “K”, deberá ser tan pequeño como sea posible, a su vez el material debe ser tan grueso como sea posible.
| Figura 2: Muro exterior | ||
| Aquí vemos cómo la transmisión y la convección actúan simultáneamente. | ||
| x | ||
| Material | Espesor en m | K |
| 1 Película de aire exterior | 29.1 | |
| 2 Aplanado de mortero | 0.02 | 0.87 |
| 3 Tabique rojo recocido | 0.13 | 0.87 |
| 4 Aplanado de yeso | 0.02 | 0.70 |
| 5 Película de aire interior | 9.3 |
CONDUCTANCIA DE LA CAPA SUPERFICIAL DEL AIRE La transferencia de calor a través de cualquier material está relacionada con la resistencia superficial del aire al flujo de calor, y está determinada según el tipo de superficie, (áspera o lisa), su posición, (horizontal o vertical), sus propiedades reflectoras y la intensidad de flujo de aire sobre la superficie.
- La convección actúa en el exterior (fe) y en el interior (fi), en estos dos ejemplos se ve cómo ejerce una acción o fuerza sobre las superficies y esto se transforma en calor, claro en un rango muy bajo, sin embargo hay que hacer notar que mientras las corrientes de aire sean mayores, mayor será la cantidad de calor que se genere.
- En el exterior interviene la influencia de la naturaleza por la acción de los vientos variables, pero en el interior se puede controlar.
- La transmisión de calor que se produce por los diferentes materiales, la podemos conocer por la siguiente ecuación: (ver figura No.2)
Para conocer la “U” de la losa de azotea usaremos la fig. No.3, en la cual el aire acondicionado se inyectará por la parte de superior del local (punto 10 de la fig. indicada)
- Para los valores de “U” de ventana, puerta y piso acudimos a la tabla de materiales y sus coeficientes (Ver Tabla 1), en estos casos no es necesario calcularlo ya que son muy comunes y ya fueron analizados.
- Cabe mencionar que un buen aislante térmico es aquel cuya densidad sea baja y que contenga muchas cámaras de aire (esponjoso).
- Un excelente aislante térmico es la cámara de aire, pero para que esto ocurra deberá tener un espacio recomendable de 10 cm, entre capa y capa de material.
Es muy importante la adecuada selección de los materiales térmicos de construcción para cada obra, los cuales deberán reunir cualidades como: ligeros, de fácil colocación, mínimo mantenimiento, duraderos, resistentes al paso del tiempo, libres de humedad.
| Las normas relacionadas con el ahorro energético son: | ||||||
| Material | Espesor en m | K | Material | Espesor en m | K | |
| 1 Película de aire exterior | 29.1 | 6 Tezontle | 12 | 0.19 | ||
| 2 Ladrillo | 1.5 | 0.87 | 7 Concreto | 10 | 1.74 | |
| 3 Mortero | 3.0 | 0.87 | 8 Aire (cámara plena) | 5.5 | ||
| 4 Impermeabilizante | 0.5 | 0.23 | 9 Plafón de yeso | 1.5 | 0.7 | |
| 5 Entortado | 4 | 1.28 | 10 Aire interior con flujo hacia abajo | 7 |
Para calcular las temperaturas en las superficies exterior e interior Esto llega a ser muy importante porque se puede saber qué temperaturas habrá en las superficies de los elementos que se construirá. Superficie interior: CTV (calor transmitido por la ventana) = U x ∆t (Ti – Te); CTV=6.4 w/h m 2 O C x (23 –(-10)=211.2 w/m 2
| CTV = 211.12 = 22.71 ºC | |
| fi 9.3 | |
| Ti = | Temperatura interior |
| – 22.71 ºC; Ti = 23 – 22.71 = 0.29 ºC | |
| Superficie exterior | |
| CTV = 211.12 = 7.25 ºC | |
| fi 29.1 | |
| Te = | Temperatura exterior |
| + 7.25 ºC; Te = -10 + 7.25 ºC = -2.75 ºC |
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| Tabla 1 Coeficientes de Conductividad Térmica de Diversos Materiales | |||
| Kg./m 2 | K Watts/m 2 0 CM | K Watts/m 2 0 C | |
| Hule espuma | 20 | 0.4 | |
| Perlita | 65 | 0.4 | |
| Poliestireno, placa | 15 | 0.4 | |
| Poliuretano, espuma | 30 | 0.03 | |
| Poliuretano, placa rígida | 30 | 0.02 | |
| Vermiculita | 100 | 0.07 | |
| Varios Materiales | |||
| Vidrio | 2600 | 1.16 | |
| Triplay | 530 | 0.14 | |
| Viruta prensada | 400 | 0.16 | |
| Madera de encino, seco, 90º de la fibra | 950 | 0.16 | |
| Madera de pino blanco, seco, 90º de la fibra | 600 | 0.14 | |
| Madera de pino blanco, expuesto a la lluvia | 650 | 0.21 | |
| Asfalto para fundir | 2100 | 0.81 | |
| Asfalto bituminoso | 1050 | 0.17 | |
| Linóleo, seco | 0.19 | ||
| Algodón, seco | 0.05 | ||
| Lana pura, seco | 0.05 | ||
| Cáscara de semilla de algodón, suelta, seca | 0.06 | ||
| Espacio de AIRE en cualquier posición | 1.2 | 5.50 | |
| Agua | 1000 | 0.58 | |
| Acero y fierro | 7800 | 52.34 | |
| Cobre | 8900 | 372.16 | |
| Acero inoxidable | 7800 | 46.52 | |
| Aluminio | 2675 | 210.74 | |
| Bronce | 1000 | 63.97 | |
| Hierro galvanizado | 1500 | 46.52 | |
| Plata | 407.05 | ||
| Plomo | 33.96 | ||
| Zinc | 110.02 | ||
| Acabados | |||
| Azulejos y mosaicos | 2000 | 1.05 | |
| Aplanado con mortero de cemento al exterior | 2000 | 0.87 | |
| Aplanado con mortero de cal al interior | 1500 | 0.70 | |
| Terrazos y pisos de mortero de cemento | 2000 | 1.74 | |
| Yeso | 1500 | 0.70 | |
| Mortero con vermiculita | 500 | 0.18 | |
| Encalado | 1800 | 0.81 | |
| Tablaroca (yeso-cartón) | 950 | 0.16 | |
| Linóleo | 1200 | 0.19 | |
| Cloruro de polivinilo expandido | 25 | 0.04 | |
| Plexigas | 1200 | 0.20 | |
| Coeficientes de Transmisión Pisos | |||
| Piso o basamento (invierno-verano) | 0.28 | ||
| Puertas | |||
| De acero en exteriores | 6.40 | ||
| De acero en interiores | 3.49 | ||
| De madera maciza de 2 a 6.5 cm. | 2.91 | ||
| De madera de tambor | 1.86 | ||
| Ventanas y tragaluces | |||
| Sencillos 6 mm Cs 0.94 | 6.40 | ||
| Dobles 6 mm c/u Cs 0.80 | 3.49 | ||
| Triples 6 mm c/u Cs 0.81 | 1.63 | ||
| Blok de cristal de 20x20x10 | 2000 | ||
| Al exterior | 2.79 | ||
| Al interior | 2.33 | ||
| Coeficientes de Convección (f) | |||
| Superficie al aire exterior (fe) Velocidad del viento 12Km/h o menos (3.33m/seg o menos) | 23.3 | ||
| Velocidad del viento 18Km/h o menos (5.0m/seg o menos) | 29.1 | ||
| Velocidad del viento 24Km/h o menos (6.67m/seg o menos) | 34.9 | ||
| Superficie vertical interior (fi) | 9.3 | ||
| Superficie horizontal interior (fi) Flujo hacia abajo | 7.0 | ||
| Superficie horizontal interior (fi) Flujo hacia arriba | 10.5 |
M. en Arq. Antonio Bautista Kuri Profesor de la asignatura de Acondicionamiento de Aire y Adecuación Acústica Arquitectónica de la Unidad de Postgrado de la Facultad de Arquitectura de la UNAM, con experiencia profesional en diversos proyectos de gran envergadura Post Views: 129,861 : Cálculo de transmisión en elementos constructivos y temperatura de sus superficies
¿Qué es el coeficiente global?
La K global se puede entender cómo la media ponderada de la transmitancia térmica de cada elemento de la envolvente térmica según su área. Esta área de intercambio de la envolvente excluye las medianerías y cualquier cerramiento en el que se considere que no se produce un intercambio de calor.
¿Cómo influye la convección en el coeficiente global de transferencia de calor?
Los valores del coeficiente global de transferencia de calor mejoran con el incremento del flujo másico de sulfuro de hidrógeno, ya que al aumentar la velocidad del gas del lado de la coraza se incrementa el coeficiente individual de transferencia por convección y decrece la resistencia térmica de las incrustaciones.
¿Qué unidades tiene el coeficiente de transferencia de calor?
La cantidad de calor que pasa de una sustancia a otra por unidad de tiempo, es el flujo de calor con la unidad de medida Joule por segundo. Esta es la unidad de medida Watts que se utiliza comúnmente para indicar la potencia.
¿Qué significa la U en termodinámica?
La magnitud que designa la energía almacenada por un sistema de partículas se denomina energía interna (U).
¿Cómo calcular el coeficiente termico?
Calcular la transmitancia energética no es tan difícil como puede parecer, ya que muchas informaciones son proporcionadas por los fabricantes – Así la fórmula para calcularla sería: U= 1/Rt (W/m2·K). Es una fórmula que podemos utilizar tanto para calcularla en las fachadas como en las cubiertas o tejados.
Rt= Rsi+Rt (1)+ Rt (2) Rt (n)+Rse
En cuanto a cómo calcular la resistencia térmica de cada material con el objetivo de poder así conocer los valores del edificio, convendría tener en cuenta los siguientes datos:
Rt= e / λ e= espesor de la capa (m) λ=conductividad térmica del material
No hay que olvidar que la conductividad térmica es suministrada por los fabricantes de los diferentes materiales que se emplean en la obra, De hecho, es obligatorio para los fabricantes suministrar esta información y así permitirnos calcular con precisión la transmitancia térmica,
- Por otra parte, es conveniente considerar cuál es la dirección del flujo del calor porque la resistencia superficial del aire cambiaría.
- Otra cosa que hay que tener en cuenta de cara a calcularla, es que muchos aislamientos cuentan con la presencia de una cámara de aire entre los tabiques que puede ser de dos tipos: Por una parte, las cámaras de aire no ventilado, en la que el aire está allí de forma estanca.
En este caso, habría que contabilizar esta cámara de aire como una capa más de material de cara a realizar los cálculos. Sin embargo, si esta capa de aire está ligeramente ventilada (tanto si es una capa de aire horizontal como si lo es vertical), deberíamos dividir entre dos el valor total de dicha capa.
- En el caso de que esta capa esté ventilada por completo, no se tendrán en cuenta ninguno de los materiales que están por encima y sólo se tomarán en consideración los interiores.
- Todas estas informaciones y fórmulas pueden permitirnos calcular con eficacia la transmitancia térmica y así tomar esta información en consideración de cara a realizar cualquier tipo de obra para no perder de vista cuál es el grado de aislamiento térmico que tiene nuestro hogar pues, en definitiva, la transmitancia térmica no es más que una fórmula para expresar de forma precisa y matemática nuestro índice de aislamiento térmico,
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¿Qué es el coeficiente U?
El valor U de la ventana depende de los valores U de los diferentes materiales que la compone, entre ellos, los vidrios (valor Ug). El profesional con quien contactes te puede facilitar esta información junto a tu presupuesto con una ficha técnica, o tras la instalación donde se acredite el valor U total de la ventana. 
El valor U de los diferentes tipos de vidrio: 
Como podrás ver en este gráfico, la incorporación en la ventana de un doble acristalamiento en lugar de un vidrio solo a finales de los 80 supuso una reducción de hasta más de un 50% en el valor U o en la mejora del aislamiento térmico. También podrás ver que, si se incorpora al doble acristalamiento un vidrio de capa de altas prestaciones, se obtiene una reducción adicional de hasta un 50% del valor U, es decir se mejora notablemente la capacidad aislante del conjunto.
- Los vidrios de capa se llaman así porque están recubiertos por una capa transparente que les confiere propiedades de aislamiento térmico y de control solar, como es el caso de los vidrios de capa Guardian Sun y Guardian SNX60.
- Todos ellos ayudan a mejorar el confort en el hogar y contribuyen al ahorro en el uso de la calefacción.
Es importante destacar que, erróneamente, se piensa que, solo con el incremento del número de vidrios, pasando de un doble a un triple acristalamiento, por ejemplo, se obtiene el mejor valor U. Lo cierto es que esta inversión no resulta tan eficaz si no se incorpora, al menos, un vidrio de capa.
¿Cómo medir el coeficiente global de transferencia de calor de un sistema de evaporadores?
El coeficiente global de transferencia de calor se calcula a través de las resistencias térmicas asociadas al proceso convectivo que ocurre tanto dentro como por fuera de los tubos, así como a la conducción en la pared de cada uno de ellos, tomando también en cuenta las resistencias térmicas de ensuciamiento.
¿Qué factores afectan la eficiencia de un intercambiador de calor?
Tipos de intercambiadores de calor – Los distintos tipos de intercambiadores existentes en el mercado pueden agruparse en tres grupos:
Intercambiadores de flujo cruzado : Los flujos de aire de entrada y salida se cruzan en el interior del intercambiador en sentido perpendicular uno del otro. Con este tipo de recuperadores se suele conseguir una eficiencia de hasta el 75%.
Intercambiadores de contraflujo (o flujo paralelo) : El principio de intercambio, es el mismo, pero en este caso los flujos de entrada y salida del aire circulan paralelos y a contracorriente en el interior del intercambiador con lo cual el tiempo y la superficie de cesión de calor es mayor y por tanto se incrementa la capacidad de recuperación. Con este tipo de recuperadores se suele conseguir una eficiencia hasta del 95%.
Intercambiadores rotativos : El intercambio de calor entre ambos flujos se produce gracias al movimiento rotativo del propio intercambiador. Las celdillas metálicas del intercambiador son calentadas por el flujo caliente que pasa a través de ellas. Posteriormente, y debido a la rotación del intercambiador, estas mismas celdillas ceden el calor tomado, al flujo de aire frío. Con este tipo de intercambiador se consiguen eficiencias de hasta el 85%.
Hay que tener en cuenta que la eficiencia de un recuperador, además del tipo de intercambiador de calor usado, depende de las condiciones de temperatura y humedad del aire exterior y del aire del local, así como del caudal que circula por él. Junto a las tablas de cálculo de eficiencia de un recuperador, se deben indicar estos parámetros, ya que la eficiencia para un mismo recuperador varía:
El rendimiento del recuperador varía en función del caudal circulado (a más caudal menos eficiencia). Es por lo tanto importante seleccionar el recuperador de calor adecuado en función del caudal necesario.
A más diferencia de temperatura entre el aire exterior y el aire interior, es decir a mayor salto térmico, más ahorro energético.
En muchas instalaciones, y con el objeto de mejorar aún más la eficiencia energética de los equipos, se están combinando los intercambiadores de calor con sistemas basados en energías renovables. La adición a instalaciones geotérmicas con bombas de calor o el aprovechamiento de las temperaturas del terreno a través de pozos canadienses incrementan los ahorros y mejoran la eficiencia global del conjunto.
¿Qué nos dice el número de Nusselt?
El número de Nusselt (Nu) es un número adimensional que mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un fluido discurre (transferencia de calor por convección) comparada con la transferencia de calor si ésta ocurriera solamente por conducción.
¿Cómo calcular la cantidad de calor transferido?
La fórmula para calcular calor específico es Q=mcΔt.
¿Cuándo es constante la transferencia de calor?
Termodinámica – La Termodinámica es la ciencia que estudia la transferencia de calor. Siempre que existe un gradiente térmico en un sistema o se ponen en contacto dos sistemas a diferentes temperaturas, se transfiere energía entre ellos o las temperaturas se mantienen constantes punto a punto en el sistema.
- El cumplimiento del primer principio de la termodinámica y descartada la presencia de trabajo con el exterior, la variación de energía interna solo puede ser debida a calor, que es la energía en movimiento o en tránsito.
- El trabajo se manifiesta por el movimiento de un eje que invierte una máquina sobre el sistema o el sistema lo invierte sobre la máquina.
Pero los parámetros solo representarán magnitudes si se dispone de un dispositivo de medición corresponden las condiciones de flujo a uno estacionario o transitorio. La termodinámica por lo tanto se ocupa de los estados de equilibrio y en función de sus diferencias de temperaturas determina la cantidad de energía transferida de un estado al otro, pero sin considerar el mecanismo de flujo de calor.
¿Cuáles son los tipos de convección?
De Wikipedia, la enciclopedia libre Las tres formas de transferencia del calor son: conducción, convección y radiación, mediante las que se transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas, La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos, la evaporación del agua o fluidos.
- La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido.
- Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente.
Del mismo modo que en la conducción, requiere un material para la transferencia. A diferencia de la radiación, la cual no necesita un medio para que ocurra la transferencia. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido,
- Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
- Esta se caracteriza a través del número de Nusselt ( Nu ) que es función de los números de Reynolds ( Re ) y de Prandtl ( Pr ).
En el caso del flujo laminar dentro de la tubería se utiliza la ecuación de Sieder-Tate. Para flujo turbulento dentro de tubería se utiliza la ecuación de Boelter-Dittus. En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente o más frío.
El contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido. La circulación es causa de las fuerzas de flotación y las fuerzas viscosas. La relación entre ambas fuerzas es el número de Grashof ( Gr ) que es función del número de Reynolds y Prandtl.
La convección puede ser externa o interna. Cuando es externa entonces el fluido se mueve sobre las superficies y si es interna entonces se mueve por dentro de las superficies. Así como la capa hidrodinámica en transferencia de momento, la capa límite térmica en transferencia de calor sirve para contrastar los espesores de las capas.
La relación entre las capas de transferencia de propiedades sirve para saber cuál transferencia es mayor a nivel molecular, tal relación es el número de Prandtl. El número de Pr es mayor a 1, menor a 1 o igual a 1. Sirve para saber cómo se vinculan entre ellas. Los lubricantes tienen números de Pr elevados.
El Pr de los gases es 0,70. La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del enfriamiento de Newton :
| Símbolo | Nombre |
|---|---|
| Coeficiente de convección | |
| Área del cuerpo en contacto con el fluido | |
| Temperatura en la superficie del cuerpo | |
| Temperatura del fluido lejos del cuerpo |
El coeficiente convectivo, es decir, la constante para la conducción es la conductividad térmica. Este depende de las propiedades de fluido, geometría del sistema, velocidad de flujo, distribución de temperatura y variación de la temperatura. El análisis dimensional permite determinar una ecuación que relaciona el coeficiente de convección con otras variables las cuales se pueden cuantificar, esto ocurre para convección forzada como para convección libre.
- Si se realiza un análisis exacto de la capa límite entonces, a partir de la Ecuación de Navier-Stokes, se obtiene según las circunstancias una ecuación final para el balance de cantidad de movimiento,
- Se realiza el mismo procedimiento para el balance de energía y se obtiene otra ecuación final.
- La relación que permite determinar el coeficiente de convección resulta de vincular las anteriores.
Para fluidos con Pr =1 ocurre que el número de Nu depende solamente del número de Re,
¿Qué es la transferencia de calor y su clasificacion?
Transferencia de calor – Lo que ocurre es que realmente estamos interesados en la tasa de transferencia de calor. La determinación de las velocidades de transferencia de calor hacia o desde un sistema y, por lo tanto, los tiempos de calentamiento o enfriamiento, así como la variación de la temperatura, es objeto de la ciencia de la transferencia de calor.
La transferencia de calor nos ayuda a resolver las cuestiones planteadas en el inicio de este escrito y juega un papel determinante en el diseño de prácticamente todos los equipos y dispositivos que nos rodean: nuestros ordenadores y televisores deben considerar las tasas de transferencia de calor que permitan su refrigeración y eviten sobrecalentamientos que afecten a su funcionamiento, los electrodomésticos como cocinas, secadoras y neveras tienen que asegurar las características de calentamiento/enfriamiento para las que van a ser comercializadas.
En la construcción de nuestros hogares, se realiza un estudio de transferencia de calor, en base al cual se determina el espesor del aislamiento térmico o del sistema de calefacción. En el sector industrial, los equipos como intercambiadores de calor, calderas, hornos, condensadores, baterías, calentadores, refrigeradores y paneles solares están diseñados principalmente sobre la base del análisis de transferencia de calor.
Equipos más sofisticados como coches y aviones requieren estos estudios que permita evitar calentamientos no deseados de motores o de habitáculos. Los procesos de transmisión de calor no sólo aumentan, disminuyen o mantiene las temperaturas de los cuerpos afectados, también pueden producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua.
En ingeniería, los procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen estos fenómenos. Las cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades muy elevadas, están dotadas de un escudo térmico que se funde de forma controlada en un proceso llamado ablación para impedir un sobrecalentamiento del interior de la cápsula.
- La mayoría del calor producido por el rozamiento con la atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no en aumentar la temperatura de la cápsula.
- La transferencia del calor es pues el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
Este calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. Aunque estos tres métodos de transferencia tienen lugar muchas veces simultáneamente, habitualmente uno de los mecanismos predomina sobre los otros dos.